Механічний рух та поняття простору і часу

Найпростішою формою матерії є механічний рух, який полягає в переміщенні тіла або частин тіла одної відносно другої. Як показує повсякденний досвід, механічний рух – це зміна положення тіла відносно інших тіл з часом. Якщо уявити собі ізольоване тіло, яке знаходиться в просторі де нема ніяких інших тіл, то ми не змогли б говорити про рух, бо нема тіла, по відношенню до якого відбувається рух. Звідси випливає, що для опису механічного руху будь-якого тіла треба обрати тіло відліку – тіло (або система тіл) відносно якого розглядається рух досліджуваного об’єкта.

Рух відбувається як в просторі, так і в часі. Уявлення про час відбивають порядок зміни подій, і він є невід’ємною характеристикою процесу (руху). Для виміру часу треба вибрати якийсь періодичний рух, тобто рух, що повторюється, наприклад добовий рух Сонця, і вважати, що між двома послідовними проходженнями Сонця через ту саму точку на небосхилі минув час в одну добу. А якщо маятник за цей час зробить коливань, то час одного коливання такого маятника називається секундою. Отже, конкретним поняттям часу може бути, наприклад, коливання маятника.

Багато років еталоном була зоряна доба, – це час, що минає між двома послідовними проходженнями через земний меридіан тієї самої „нерухомої” зірки.

З метою вдосконалення еталону часу були використані атомні процеси. В 1967р. Міжнародний комітет мір і ваги еталоном секунди обрав певний час випромінювання (кількість періодів), яке відповідає переходу між певними енергетичними рівнями атома цезію 133.

Уявлення про простір виникло із спостережень за рухом частинок, для опису якого необхідно щонайменше навчитися задавати положення одної частинки відносно іншої. Довжина є характеристикою простору. Одиниця довжини – метр, величина якого визначається Міжнародною системою одиниць.

Якщо зафіксувати відстань, то положення частинки відносно деякої точки 1 визначається сферою, відносно двох точок 1 і 2 – колом, а відносно трьох точок 1, 2, 3, що не лежать на одній прямій, положення частинки буде визначено повністю (в певному напівпросторі). Надалі, щоб характеризувати положення частинки не говорять про три інших тіла, а говорять про систему координат. Зв’язана з тілом відліку система координат – це узгодження про те, яким чином надавати адреси різним точкам простору. Системи координат існують різні, наприклад, прямокутна (декартова), косокутна, полярна, сферична та інші.

Сукупність тіла відліку, зв’язаної з ним системи координат і годинників, які відраховують час, утворює так звану систему відліку. Поняття системи відліку є фундаментальним в фізиці. Просторово-часовий опис рухів за допомогою відстаней і інтервалів часу можливий тільки тоді, коли вибрана певна система відліку.

Кінематика – розділ механіки, в якому вивчаються способи опису рухів незалежно від причин, що ці рухи викликають. Окремо розглянемо кінематику матеріальної точки і кінематику твердого тіла.